专利名称：低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取lng工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于通过加压和冷却处理使气体或气体混合物进行液化、固化或分离的技术领域，具体的为一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺。
背景技术：
含氧煤层气是煤矿在开采过程中为防止瓦斯爆炸和突出，保证煤矿安全生产而抽排出的初级副产品，其主要成分为甲烷，从其成分含量上可以看出，煤层气是较为重要的能源和化工原料。但是由于其成分较为复杂，特别是在煤层气中含有氧，是非常危险的助燃助爆剂，制约了含氧煤层气的综合利用，实践中，为了节约成本，煤层气普遍在采煤过程中排入大气，造成资源的极度浪费和对环境造成污染。随着技术的发展，目前在低浓度煤层气提纯制取天然气的领域中，出现了多种含氧煤层气的液化技术。公开号为CN101922850A和CN101929788A的中国专利分别公开了一种利用含氧煤层气制取液化天然气的方法和利用含氧煤层气制取液化天然气的装置，该方法和装置采用混合冷剂自复叠制冷循环，将净化后的原料气液化并分离，得到LNG产品。另夕卜，公开号为CN1952569的中国专利申请公开了一种含空气煤层气的液化工艺，其冷量由气体膨胀产生。在现有的采用煤层气制取天然气的工艺方法中，原料气在处理过程中需要经历压缩、净化(脱酸、脱水)、液化和分离等工序，才能提纯出甲烷，制成天然气产品，现有的工艺方法虽然在一定程度上能够满足利用煤层气提纯制取天然气的要求，但是还存在如下问题:现有的采用煤层气提纯制取天然气工艺均需对原料气(低浓度含氧煤层气)进行压缩，否则，如果原料气压力过低，会影响净化效果，并使得低温段需要更低的温度，能耗增加；压缩后的原料气压力一般约0.5MPa，因此仅能处理甲烷含量30%以上的含氧煤层气，而国内煤矿普遍存在煤层透气性差的问题，导致在煤层气的抽采时渗入大量空气，大大降低原料气甲烷的含量。据统计，国内(尤其在南方)矿井甲烷含量30%以下的煤层气的抽采量远大于甲烷含量30%以上的抽采量。如果煤层气甲烷含量低于25%，在压缩至0.5MPa的过程中，爆炸风险大大增加，因此目前的低浓度煤层气深冷液化浓缩具有一定的局限性。有鉴于此，本发明旨在探索一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，该低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺能够适用于甲烷含量低于30%的煤层气。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，该低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺能够适用于甲烷含量低于30%的煤层气。为达到上述目的， 本发明提供如下技术方案:
一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，包括:1)富集工序:将煤层气通过煤层气富集系统进行甲烷富集处理，煤层气中甲烷的摩尔比含量由10-28%上升至35-45% ；2)压缩净化工序:将经富集工序得到的煤层气经压缩净化后得到净化煤层气；3)液化分离工序:将煤层气中的甲烷组分进行液化分离，并得到液化天然气产品。进一步，步骤I)所述富集工序中，在进行甲烷富集处理前的煤层气的压强为105 120KPa，温度为常温；在甲烷富集处理中，先利用鼓风机将煤层气提压至150KPa，经冷却装置冷却至常温，并脱除煤层气中的游离态水，然后进入变压吸附装置进行甲烷富集。进一步，所述变压吸附装置包括至少4个相互配合的吸附塔，吸附塔内设置用于吸附煤层气中的甲烷组分和部分空气的吸附剂，且吸附塔均按照吸附、均压降、真空解吸和均压升的工况进行循环工作；任意时刻，均至少有一个吸附塔处于吸附工况，至少有一个吸附塔处理真空解析工况。进一步，在所述吸附工况下，将所述吸附塔的塔底接口和塔顶接口分别连通进气管和放空管，煤层气在吸附塔内流通，吸附剂吸附煤层气中的甲烷组分和部分空气，直至吸附剂吸附饱和；在所述均压降工况下，将所述吸附塔的塔顶接口与升压管连通；在所述真空解析工况下，将所述吸附塔的塔底接口与真空管连通，利用真空泵抽真空至设定真空度，使被吸附的甲烷组分脱离吸附剂；在所述均压升工况下，将所述吸附塔的塔顶接口与升压管连通；且当其中一个吸附塔处于均压降工况时，必有另一个吸附塔处于均压升工况与处于均压降工况的吸附塔配合，即处于均压降工况的吸附塔的煤层气通过升压管进入处于均压升工况的吸附塔内。进一步，步骤2)所述压缩净化工序中，首先利用压缩机将步骤1)得到的煤层气压缩至0.5MPa，然后利用脱碳系统脱除煤层气中的酸性气体，最后利用吸附净化系统脱除煤层气中的水及残余酸性气体，得到净化煤层气。进一步，步骤3)所述液化分离工序中，将步骤2)得到的净化煤层气通入液化分离装置中将甲烷组分进行液化分离，并利用制冷循环装置提供所需的冷量，在液化分离装置的精馏塔中，得到甲烷摩尔比含量大于99%的液化天然气产品。本发明的有益效果在于:本发明的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，通过在现有基础上增加富集工序，能够将甲烷含量为10-28%的煤层气的甲烷含量浓缩至35-45%，然后利用压缩净化工序和液化分离工序对煤层气进行压缩、净化和液化分离，能够最终制取得到天然气产品，即扩宽了煤层气利用范围，使得甲烷含量为10%以上的低浓度煤层气均能够利用本发明的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺提纯制取液化天然气。
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:图1为本发明低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺的实施例的工艺流程图；图2为富集工序的工艺流程图；图3为变压吸附装置的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合 附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。首先对适用于本发明低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取天然气的装置的具体实施方式
进行说明。如图1所示，该低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取天然气的装置，包括压缩净化系统、液化分离系统和沿煤层气流向设置在压缩净化系统前的煤层气富集系统21。如图2所示，煤层气富集系统21沿煤层气流向依次包括鼓风机1、冷却装置2和变压吸附装置3，如图3所示，变压吸附装置3包括并列设置的至少四个吸附塔4、用于向吸附塔4进气的进气管5、用于对吸附塔4抽取真空的真空管6、用于吸附塔4降压的放空管7和用于吸附塔4升压的升压管8，真空管6上设有用于抽真空的真空泵9，升压管8的排气口上设有密闭阀门V17，任意吸附塔4的底部接口与进气管5和真空管6之间分别通过阀门相连，任意吸附塔4的顶部接口与放空管7和升压管8之间分别通过阀门相连，吸附塔4内设有用于吸附煤层气中的甲烷组分的吸附剂。真空管6的另一端与压缩净化系统相连，冷却装置2为水冷器，能够满足煤层气的冷却要求。变压吸附装置3包括并列设置的四个吸附塔4，四个吸附塔4分别为A塔、B塔、C塔和D塔，四个吸附塔4的底部接口与进气管5之间分别通过阀门V1、阀门V2、阀门V3和阀门V4相连；四个吸附塔4的底部接口与真空管6之间分别通过阀门V5、阀门\、阀门V7和阀门V8相连；四个吸附塔4的顶部接口与升压管8之间分别通过阀门V9、阀门Vltl、阀门V11和阀门V12相连；四个吸附塔4的顶部接口与放空管7之间分别通过阀门V13、阀门V14、阀门V15和阀门V16相连。采用该结构的变压吸附装置3，通过4个吸附塔4的协同工作，能够保证煤层气的供应和处理均能够处于连续状态，且在煤层气的供应和处理过程中，每一个吸附塔4分别经历吸附、均降压、真空解析、等待和均升压四个工况。进气管5上设有缓冲罐110，真空管6上设有位于真空泵9后的缓冲罐1111，缓冲罐IIll的底部设有排污口，顶部设有与压缩净化系统相连的煤层气出气口，通过设置缓冲罐Iio和缓冲罐1111，能够使煤层气富集系统的煤层气供应和输出均匀。该低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取天然气的装置还包括沿煤层气流向设置在煤层气富集系统前的主动抑爆装置23，主动抑爆装置23沿煤层气流向依次包括自动阻爆阀门12、自动喷粉抑爆装置13和水封阻火泄爆装置14，气柜22的煤层气出口与自动阻爆阀门12相连。虽然该低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取天然气的装置适用的煤层气中甲烷含量可低于其爆炸极限，但是为了安全起见，设置主动抑爆装置，能够防止爆炸。该低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取天然气的装置还包括抑爆控制装置，抑爆控制装置包括控制器，以及分别设置在煤层气富集系统、压缩净化系统、液化分离系统内的火焰监测器和压力传感器，控制器与自动阻爆阀门12、自动喷粉抑爆装置13和水封阻火泄爆装置14相连，当在煤层气富集系统、压缩净化系统、液化分离系统中监测到火焰或超压现象发生时，火焰监测器或压力传感器向控制器发送监测信号，控制器控制自动阻爆阀门12立即切断电源、自动喷粉抑爆装置13立即喷粉阻止火焰扩散、水封阻火泄爆装置14的爆破片立即泄爆，从而全面保证厂区设备和操作人员的安全。压缩净化系统沿煤层气流向依次包括用于对煤层气加压的压缩机15、用于脱除煤层气中的酸性气体的脱碳系统16和用于脱除煤层气中的水及残余酸性气体的吸附净化系统17，压缩机15的煤层气入口与真空管6相连，吸附净化系统17的煤层气出口与液化分离系统相连，甲烷富集后的煤层气通过压缩净化系统处理后得到净化煤层气。液化分离系统包括液化分离装置18和用于向液化分离装置提供冷量的制冷循环装置19，液化分离装置18的煤层气入口和煤层气出口分别与吸附净化系统17的煤层气出口和天然气存储罐20相连，净化煤层气通过液化分离系统后得到甲烷含量大于99%的天然气产品。下面结合上述装置对本发明的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺的的具体实施方式
进行详细说明。本实施例的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，包括:I)富集工序:将煤层气通过煤层气富集系统21进行甲烷富集处理，煤层气中甲烷的摩尔比含量由10-28%上升至35-45%。具体的，本实施例的富集工序中，在进行甲烷富集处理前的煤层气的压强为105 120KPa，温度为常温；在甲烷富集处理中，先利用鼓风机I将煤层气提压至150KPa，经冷却装置2冷却至常温，并脱除煤层气中的游离态水，然后进入变压吸附装置3进行甲烷富集。如上所 述，变压吸附装置3包括至少4个相互配合的吸附塔4，吸附塔4内设置用于吸附煤层气中的甲烷组分和部分空气的吸附剂，且吸附塔4均按照吸附、均压降、真空解吸和均压升的工况进行循环工作；任意时刻，均至少有一个吸附塔处于吸附工况，至少有一个吸附塔处理真空解析工况，能够保证煤层气的供应和处理分别处于连续状态。在吸附工况下，将吸附塔4的塔底接口和塔顶接口分别连通进气管5和放空管7，煤层气在吸附塔4内流通，吸附剂吸附煤层气中的甲烷组分和部分空气，直至吸附剂吸附饱和；在均压降工况下，将吸附塔4的塔顶接口与升压管5连通；在真空解析工况下，将吸附塔4的塔底接口与真空管6连通，利用真空泵9抽真空至设定真空度，使被吸附的甲烷组分脱离吸附剂；在均压升工况下，将吸附塔4的塔顶接口与升压管8连通；且当其中一个吸附塔4处于均压降工况时，必有另一个吸附塔4处于均压升工况与该处于均压降工况的吸附塔4配合，即处于均压降工况的吸附塔4的煤层气通过升压管进入处于均压升工况的吸附塔4内，一方面可使吸附饱和的吸附塔进行均降压降低压强，便于抽真空，另一方面使吸附饱和的吸附塔4内的煤层气进入真空解析后的吸附塔4内进行再次吸附，防止甲烷组分被放空或被抽至压缩净化工序中，能够有效提高富集后的煤层气中的甲烷组分含量。具体的，变压吸附装置3中各个阀门的工作状态时序如表I所示:表I变压吸附装置中各个阀门的工作状态时序表
权利要求
1.一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，其特征在于:包括: O富集工序:将煤层气通过煤层气富集系统进行甲烷富集处理，煤层气中甲烷的摩尔比含量由10-28%上升至35-45% ； 2)压缩净化工序:将经富集工序得到的煤层气经压缩净化后得到净化煤层气； 3)液化分离工序:将煤层气中的甲烷组分进行液化分离，并得到液化天然气产品。
2.根据权利要求1所述的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，其特征在于:步骤I)所述富集工序中，在进行甲烷富集处理前的煤层气的压强为105 120KPa，温度为常温；在甲烷富集处理中，先利用鼓风机将煤层气提压至150KPa，经冷却装置冷却至常温，并脱除煤层气中的游离态水，然后进入变压吸附装置进行甲烷富集。
3.根据权利要求2所述的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，其特征在于:所述变压吸附装置包括至少4个相互配合的吸附塔，吸附塔内设置用于吸附煤层气中的甲烷组分和部分空气的吸附剂，且吸附塔均按照吸附、均压降、真空解吸和均压升的工况进行循环工作；任意时刻，均至少有一个吸附塔处于吸附工况，至少有一个吸附塔处理真空解析工况。
4.根据权利要求3所述的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，其特征在于: 在所述吸附工况下，将所述吸附塔的塔底接口和塔顶接口分别连通进气管和放空管，煤层气在吸附塔内流通，吸附剂吸附煤层气中的甲烷组分和部分空气，直至吸附剂吸附饱和； 在所述均压降工况下，将所述吸附塔的塔顶接口与升压管连通； 在所述真空解析工况 下，将所述吸附塔的塔底接口与真空管连通，利用真空泵抽真空至设定真空度，使被吸附的甲烷组分脱离吸附剂； 在所述均压升工况下，将所述吸附塔的塔顶接口与升压管连通； 且当其中一个吸附塔处于均压降工况时，必有另一个吸附塔处于均压升工况与处于均压降工况的吸附塔配合，即处于均压降工况的吸附塔的煤层气通过升压管进入处于均压升工况的吸附塔内。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，其特征在于:步骤2)所述压缩净化工序中，首先利用压缩机将步骤I)得到的煤层气压缩至0.5MPa，然后利用脱碳系统脱除煤层气中的酸性气体，最后利用吸附净化系统脱除煤层气中的水及残余酸性气体，得到净化煤层气。
6.根据权利要求5所述的低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，其特征在于:步骤3)所述液化分离工序中，将步骤2)得到的净化煤层气通入液化分离装置中将甲烷组分进行液化分离，并利用制冷循环装置提供所需的冷量，在液化分离装置的精馏塔中，得到甲烷摩尔比含量大于99%的液化天然气产品。
全文摘要
本发明公开了一种低浓度煤层气变压吸附加深冷液化提纯制取LNG工艺，包括1)富集工序将煤层气通过煤层气富集系统进行甲烷富集处理，煤层气中甲烷的含量由10-28%上升至35-45%；2)压缩净化工序将经富集工序得到的煤层气经压缩净化后得到净化煤层气；3)液化分离工序将煤层气中的甲烷组分进行液化分离，并得到液化天然气产品。通过在现有基础上增加富集工序，能够将甲烷含量为10-28%的煤层气的甲烷含量浓缩至35-45%，然后利用压缩净化工序和液化分离工序对煤层气进行压缩、净化和液化分离，能够最终制取得到天然气产品，即扩宽了煤层气利用范围，使得甲烷含量为10%以上的低浓度煤层气均能够提纯制取天然气的方法提纯制取液化天然气。
文档编号C10L3/10GK103146449SQ20131005867
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者胡千庭, 姚成林, 肖露, 王勇, 令狐磊 申请人:中煤科工集团重庆研究院